Электролит для электрохимического осаждения многофункциональных покрытий на основе никеля

 

Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности никелевых, и может быть использовано для получения коррозионно-стойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в радиоэлектронной промышленности, машиностроении, например автомобилестроении. Электролит содержит, г/л: сернокислый семиводный никель - 300-400; хлористый шестиводный никель - 20-40; сахарин - 0,5-1,0; малоновую кислоту - 25-30; натрий фтористый - 3,5-4,5; формальдегид - 0,5-1,2; паратолуолсульфамид - 1,0-1,5; смачиватель СВ-102 - 0,01-0,05; декагидроборат натрия - 0,01-0,5. Высокая стабильность электролита, возможность контроля его состава и своевременной корректировки в процессе осаждения покрытия позволяют получать сравнительно большие толщины покрытий (до 0,5 мм) в одном электролите с сохранением заданных свойств. Покрытие практически беспористо, хорошо сцеплено с основной, поверхность зеркальная. Благодаря универсальным свойствам электролит имеет широкий диапазон применения, может быть использован не только для получения твердого, прочного покрытия, но и защитных и декоративных покрытий на стали, чугуне, алюминии, меди, титане и других металлах.

Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности никелевых, и может быть использовано для получения коррозионно-стойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в радиоэлектронной промышленности, машиностроении, например в автомобилестроении.

Известен электролит для осаждения покрытий никель-бор, содержащий соль никеля, соль полиэдрического бората, никель хлористый, ацетат-ион и уксусную кислоту, который дополнительно содержит "Прогресс" и акрилат-ион, в качестве соли никеля никель сернокислый, в качестве ацетат-иона никель уксусно-кислый при определенном соотношении компонентов (см. патент РФ N 2080422, опубликованный 27.05.97 г.).

Известен также электролит для электрохимического осаждения функциональных покрытий никель-бор, содержащий сульфамат никеля, неорганическую борсодержащую добавку, принадлежащую классу "высшие бороводороды", и декагидроборат натрия в количестве 0,02-0,1 г/л при pH 3,5-5,0 (см. заявку N 93036355/02, опубликованную 10.08.96 г.).

Недостатками указанных электролитов являются недостаточно высокая скорость осаждения покрытия, нестабильность раствора, что требует постоянного контроля за его параметрами и периодической их корректировки в процессе работы, высокая степень наводораживания металлического покрытия, что делает покрытие хрупким и напряженным.

Известен электролит для осаждения сплава никель-бор, содержащий соли никеля, борную кислоту, борсодержащую добавку и воду, в состав которого дополнительно введены 6-метилурацил, 1,4-бутиндиол, сахарин, сернокислый натрий, в качестве солей никеля сернокислый семиводный никель и хлористый шестиводный никель, а в качестве борсодержащей добавки декагидродекарборат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: Сернокислый семиводный никель - 160 - 300 Хлористый шестиводный никель - 25 - 50 Борная кислота - 25-50 Сернокислый десятиводный натрий - 50-100 1,4-Бутиндиол - 0,05-0,25 Сахарин - 0,5 - 2,0 6-Метилурацил - 0,0004 - 0,0020 Декагидродекарборат - 0,05 - 1,00 (см. патент РФ N 2058437, опубликованный 20.04.96 г.).

Указанный электролит как наиболее близкий аналог может быть принят в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются:
- малая скорость осаждения покрытия при невысоких плотностях тока (1,5-2,5 А/дм²) из-за низкого выхода по току, что приводит к невысокой производительности процесса;
- повышенное содержание серы в осадке, что приводит к хрупкости покрытия (т.е. снижению его эластичности);
- дефицитность применяемых реактивов (например, 6-метилурацила);
- низкая рассеивающая способность электролита и узкий диапазон pH 4,0-4,8.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются
1. расширение рабочего диапазона pH среды,
2. увеличение скорости осаждения покрытия,
3. получение эластичных беспористых покрытий, удовлетворяющих предъявляемым требованиям по коррозионной стойкости, твердости, термо- и износостойкости,
4. возможность нанесения больших толщин (до 0,5 мм) покрытия в одном электролите с сохранением заданных свойств покрытия.

Согласно изобретению поставленные задачи решаются введением в состав электролита, содержащего соли никеля, сахарин, борсодержащую и буферирующую добавки и воду, дополнительных ингредиентов: натрия фтористого, формальдегида, паратолуолсульфамида, смачивателя СВ-102 и малоновой кислоты в качестве буферирующей добавки, а также для улучшения внешнего вида покрытий, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
Сернокислый семиводный никель - 300-400
Хлористый шестиводный никель - 20-40
Сахарин - 0,5-1,0
Малоновая кислота - 25-30
Натрий фтористый - 3,5-4,5
Формальдегид - 0,5-1,2
Паратолуолсульфамид - 1,0-1,5
Смачиватель СВ-102 - 0,01-0,05
Декагидроборат натрия (ДГБН) - 0,01-0,5
Электролит готовят следующим образом.

Предварительно соли никеля, натрий фтористый, формальдегид, малоновую кислоту и смачиватель СВ-102 растворяют раздельно в дистиллированной воде при комнатной температуре.

Паратолуолсульфамид и сахарин растворяют также раздельно в дистиллированной воде (с pH 8,0 - 9,0, достигаемой добавлением в воду небольшого количества гидроксида натрия).

Все растворы фильтруют и смешивают.

Отдельно готовят раствор ДГБН в воде, который вводят в электролит непосредственно перед началом электрохимического осаждения покрытия.

Подготовку поверхности деталей перед нанесением металлического покрытия проводят стандартными способами с использованием известных растворов.

Осаждение проводят при pH 3,0-5,0, плотности тока 1,0-4,0 А/дм² и температуре 45-60^oC.

Пример
Электрохимическое осаждение покрытия на предварительно подготовленную поверхность основы проводят в электролите, содержащем (в г/л):
Сернокислый семиводный никель NiSO₄·7H₂O - 350
Хлористый шестиводный никель NiCl₂·6H₂O - 30
Сахарин - 0,75
Малоновая кислота - 27
Натрий фтористый NaF - 4,0
Формальдегид - 0,85
Паратолуолсульфамид - 1,25
Смачиватель СВ-102 - 0,03
ДГБН - 0,25
при pH 4,0, плотности тока 2,0 А/дм² и температуре 55^oC.

В течение 1,0 часа получают покрытие толщиной 60 мкм.

Полученное покрытие практически беспористо, хорошо сцеплено с основой, поверхность зеркальная. Покрытие износостойкое, обладает высокими коррозионными, антифрикционными и антипригарными свойствами. Указанные характеристики получаемого покрытия позволяют использовать предложенный электролит в машиностроении, в частности в автомобильной промышленности для осаждения покрытия на сферические поверхности шаровых пальцев передней подвески и рулевых тяг автомобилей.

Высокая стабильность электролита, возможность контроля его состава и своевременной корректировки в процессе осаждения покрытия позволяют получать сравнительно большие толщины покрытий (до 0,5 мм) в одном электролите с сохранением заданных свойств, в то время как при применении известных электролитов большие толщины покрытий можно получить только послойным нанесением покрытия в различных составах электролитов.

Благодаря универсальным свойствам предложенный электролит имеет широкий диапазон применения, может быть использован не только для получения твердого, прочного покрытия, но и защитных и декоративных покрытий на стали, чугуне, алюминии, меди, титане и других металлах.

Формула изобретения

Электролит для электрохимического осаждения многофункциональных покрытий на основе никеля, содержащий соли никеля - сернокислый семиводный никель и хлористый шестиводный никель, сахарин, борсодержащую и буферирующую добавки и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий фтористый, формальдегид, паратолуолсульфамид, смачиватель СВ-102, а в качестве борсодержащей и буферирующей добавок - декагидроборат натрия и малоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:
Сернокислый семиводный никель - 300 - 400
Хлористый шестиводный никель - 20 - 40
Сахарин - 0,5 - 1,0
Декагидроборат натрия - 0,01 - 0,5
Малоновая кислота - 25 - 30
Натрий фтористый - 3,5 - 4,5
Формальдегид - 0,5 - 1,2
Паратолуолсульфамид - 1,0 - 1,5
Смачиватель СВ-102 - 0,01 - 0,05